图解数学
初中 九年级下 第三章

圆

圆周角是同弧所对圆心角的一半;垂直于弦的直径平分弦;切线垂直于过切点的半径。拖动圆上的点验证每一条定理。

北师大版 · 新版待发行(目录为推测) 目录待新版教材核对 本章小节:圆、垂径定理、圆周角和圆心角的关系、确定圆的条件、直线和圆的位置关系、弧长及扇形的面积

1. 圆

平面上到定点(圆心)的距离等于定长(半径)的所有点组成的图形叫圆。连接圆上两点的线段叫弦,经过圆心的弦是直径。

2. 垂径定理

垂径定理:垂直于弦的直径平分这条弦
OMrAB
半径 r
3
弦心距 d = OM
1.62
半弦 AM = MB
2.52
d² + (½AB)²
9 = r²
OM ⊥ AB ⟹ AM = BM,并且平分弦所对的两条弧

半径、弦心距、半弦组成一个直角三角形:r² = d² + (AB/2)²。知道其中两个就能求第三个——这是圆中计算的万能钥匙。

垂直于弦的直径平分这条弦,并且平分弦所对的弧。

⊙O 的半径为 5,弦 AB = 8,圆心 O 到 AB 的距离是?

3. 圆周角和圆心角的关系

圆周角是同弧所对圆心角的一半
132°OABP
圆周角 ∠APB
65.9°
圆心角(弧 AB)
131.8°
比值
0.5

拖动 P 在圆上走:只要还在同一段弧上,∠APB 就不变(同弧所对的圆周角相等)。拖动 A、B 改变弧,圆周角始终是圆心角的一半。

推论:圆内接四边形的对角互补——把 P 拖到另一段弧上,∠APB 会变成 180° 减去原来的角。

  • 同弧(或等弧)所对的圆周角相等,都等于它所对圆心角的一半。
  • 直径所对的圆周角是直角;90° 的圆周角所对的弦是直径。
  • 圆内接四边形的对角互补。

4. 确定圆的条件

不在同一直线上的三个点确定一个圆,圆心是三边垂直平分线的交点——三角形的外心。

三边垂直平分线交于一点:到三个顶点距离相等
O
OA
3.27
OB
3.27
OC
3.27

线段垂直平分线上的点到线段两端距离相等,所以交点 O 到 A、B、C 一样远——以它为圆心能画出过三个顶点的圆。把三角形拖成钝角,O 会跑到外面。

应用:要在三个村庄之间建一所到三村距离相等的学校,就建在外心处。

5. 直线和圆的位置关系

直线和圆:比较 d 与 r
d = 2r = 3
2
d < r ⟺ 相交(2 个公共点)

把 d 调到正好等于 3,看看相切时发生了什么。

从圆外一点可以引圆的两条切线,切线长相等,这一点和圆心的连线平分两条切线的夹角。

例题 如何证明一条直线是圆的切线?
  1. 看直线与圆有没有明确的公共点。
  2. 有公共点:连接圆心和这个点(得到半径),证明这条半径与直线垂直。
  3. 没有明确的公共点:过圆心作直线的垂线段,证明它的长度等于半径(d = r)。
  4. 口诀:“有点连半径,证垂直;无点作垂直,证半径。”

6. 弧长及扇形的面积

弧长与扇形面积:占整个圆的几分之几
120°
120°
3
占整个圆
120 / 360 = 0.333
弧长 l
nπr/180 = 2π ≈ 6.28
扇形面积 S
nπr²/360 = 3π ≈ 9.42
也等于
½ l r = 9.42

圆心角是 n°,弧长就是周长的 n/360,扇形面积就是圆面积的 n/360。S = ½lr 和三角形面积公式很像:把扇形看成"底为弧长、高为半径"的三角形。

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